The authors thank Prof. Peter Imming and Diana M&#252;ller for synthesis of the Trityl spin probe and Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig and Andreas Schachtschneider for the synthesis of the porous materials. Financial support by the DFG (DR 743/7-1) and within the SPP 1570 is gratefully acknowledged.

Dikkat: Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) danışın. yutulması veya solunması halinde etanol zararlıdır ve yanıcıdır. 1. Sürekli Dalga (CW) EPR parametreleri optimize <ol><li> 1 mM&#39;lik bir konsantrasyonda etanol IPSL 40 ul (PA) hazırlayın. </li><li> Bir pipet denetleyicisi almak ve 2 sm bir dolum yüksekliği IPSL çözeltisi bir kapiler tüp doldurun. çözümün altında bir hava boşluğu kalmayacak şekilde kılcal içine 1 cm daha çözüm çekin. kılcal boru bileşik sızdırmazlık iki ucunda kılcal Seal. Hava boşluğu örnek içine döküm maddesi bileşenlerinin difüzyonunu engeller. </li><li> kılcal üst ve alt ucundan 1 cm mesafede kılcal yaklaşık 5 cm uzunlukta politetrafloroetilen (PTFE) iki şerit sarın. </li><li> EPR örnek tüpü (4 mm iç çap) içine kılcal koyun. PTFE bant kılcal tutar emin olunörnek tüpünün merkezi ekseninde sabit. örnek tüpünün dibine kılcal bastırın. </li><li> rezonatör içerisine örnek koyun ve rezonatör içinde spin etiket çözümü merkezi. </li><li> Dinle spektrometre kılavuzdaki talimatları takip ederek kritik bağlantı için spektrometresi. </li><li> Ön Spektrometre Ayarları <ol><li> Formülü kullanarak merkez alan B ayarlamak için mikrodalga frekansı kullanın <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/54335/54335eq1.jpg" /> g ≈ 2,003 nitroksid sıkma etiket eşleşmemiş radikal g faktörü için kaba bir tahmin olduğu, h Planck sabiti ve B Bohr magneton olduğunu u. </li><li> apsis olarak manyetik alan ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu ile yeni bir deneme &quot;field_sweep&quot; kurmak. Aşağıdaki parametreleri kullanın: Centerfield, tarama genişliği önceki adımda hesaplanan: 400 G, modulati0.8 G, modülasyon frekansı: 100 kHz, mikrodalga zayıflatma: 30 dB, nokta sayısı: 2.048, tarama sayısı: 1, tarama zamanı: 80 saniye, sabit zaman: 50 milisaniye genliği üzerinde. </li><li> Kurulum Tarama modunu etkinleştirin. Kurulum Tarama Süresi Constant için, spektrometre teklifleri en düşük değerini seçin. Görüntülenen sinyal Görüntülenen yoğunluğu aralığının% 80 doldurur nerede, bir değere alıcı kazancını ayarlamak bile gürültü ile hiçbir veri noktası maksimum% 80 daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir böylece. Daha sonra Kur Tarama devre dışı bırakın. </li><li> &quot;Çalıştır&quot; düğmesine basın. </li><li> Elde edilen spektrumun merkez tepe sıfır geçişinin alan değerini okuyun. bu değere merkez alanını ayarlayın. </li><li> soldaki tepe noktasına başlangıç ​​seviyesinden yükselmeye başladığı yatay çizgi aracını alın ve noktadan spektrum genişliğini ölçmek nerede taban seviyesine sağdaki tepe döner. </li><li> üç kez spektrum genişliğine tarama genişliğini ayarlayın. </li></ol></li><li> Spektrometre Parametreleri Yeniden Hesapla <ol><li> süpürme zamanı hesaplayın: tarama genişliği / tarama hızı. 5 G / sn tarama hızı kullanın. </li><li> veri noktalarının asgari sayısını hesaplayın: 10 * tarama genişliği / çizgi genişliği. </li><li> dönüşüm zamanı hesaplayın: süpürme zamanı / veri noktalarının sayısını. </li><li> 0.1 * çizgi genişliği * tarama zamanı / tarama genişliği: Zaman sabiti hesaplayın. </li></ol></li><li> Optimum Mikrodalga Güç Belirleyen Bir Doygunluk Curve Tedbir <ol><li> 10 dB mikrodalga zayıflama ayarlayın ve adım 1.7.3 de açıklandığı gibi alıcı kazancı ayarlayın. </li><li> 50 dB mikrodalga zayıflama ayarlayın ve bir spektrum kaydedin. sinyal gürültü oranı 5&#39;ten az ise: 1, tarama sayısını artırmak. 1 veya daha büyük: sinyal gürültü oranı 5 olana kadar bu işlemi tekrarlayın. </li><li> , Apsis 1 olarak apsis 2 olarak mikrodalga gücü ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu manyetik alan kullanarak yeni bir deneme &quot;doygunluk&quot; oluşturun. th tüm ayarları kopyalaAdım 1.9.2 e &quot;field_sweep&quot; deneme. Apsis 2 için 10 dB, 1 dB artış değeri ve 10 dB den dB 50 bir aralığı kapsayan 41 punto sayısına mikrodalga zayıflatma başlangıç ​​değerini ayarlayın. deneme çalıştırın. </li><li> doygunluk eğrisi için bir tablo oluşturun. İlk sütuna dB mikrodalga zayıflama yerleştirin. </li><li> formülü ile ikinci sütundaki au mikrodalga güç karekökünü hesaplayın <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/54335/54335eq2.jpg" /> burada x, ilk sütundan dB mikrodalga zayıflama. </li><li> Deneyde her mikrodalga zayıflatma merkezi spektral hat yoğunluğunu zirve zirve ölçmek için spektrometre yazılımını kullanın. e-tabloda üçüncü sütuna o yoğunluğu yazın. </li><li> doygunluk eğrisi elde etmek için zirve yoğunluğu (sütun 2 karşı sütuna 3) zirveden karşı mikrodalga güç karekökünü çizilir. incluarsa kökeni (0,0) de. </li><li> doygunluk eğrisinin doğrusal rejimini belirlemek. Optimal mikrodalga güç doğrusal rejim hala en yüksek mikrodalga güçtür. diğer tüm deneyler için gelen zayıflama ayarını kullanın. </li></ol></li></ol> 2. Manyetik Alan Gradient Güç ve Zaman Çözünürlük belirleme <ol><li> Apsis 1 olarak manyetik alan ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu ile spektrometre yazılımında yeni bir deneme oluşturun. degrade bobin kontrollerini etkinleştirin. </li><li> 1.8 ve 1.9.8 belirlenen önceki deneyden tüm spektrometre ayarlarını kopyalayın. </li><li> yukarı doğru işaret eden Örnek ekseni yönünde 170 g / cm, manyetik alan gradyanı direncine ayarlayın. </li><li> Tarama genişliği sw = sw hesaplayın 0 + FOV · sw 0 manyetik alan degrade yokluğunda 1.8.4 belirlenen tarama genişliği olan G,FOV Görüş alanı (2.5 cm) ve G, bir manyetik alan gradyanı mukavemetidir. </li><li> Bir manyetik alan degrade yokluğunda 1.9.3 kaydedilen spektrumun çizgi genişliğini kullanarak, tahmin edilen piksel boyutu = satır genişliği / G hesaplayın. </li><li> Süpürme süresi = sw / tarama hızı hesaplayın. 1.8.1 aynı tarama hızı kullanın. </li><li> yüksek bir değer kullanarak gerekli veri noktalarının asgari sayısını hesaplayın i. N 1 = 10 * tarama genişliği / çizgi genişliği ii. N 2 = 10 * görünümü / (G * piksel boyutunda) alan. </li><li> dönüşüm zamanı hesaplayın: süpürme zamanı / veri noktalarının sayısını. </li><li> 0.1 * çizgi genişliği * tarama zamanı / tarama genişliği veya daha düşük: Zaman sabiti hesaplayın. </li><li> 2.9 ile 2.3 hesaplanan parametreleri ayarlayın ve &quot;Çalıştır&quot; düğmesine basın. </li><li> Başlangıçta gürültü düzeyini yanı sıra yoğunluğunu zirve zirve ölçündikey çizgi aracı ile merkez hattı. sinyal gürültü oranını hesaplar. </li><li> sinyal gürültü oranı en az 5 ise: 1, spektrometre parametreleri &quot;Tarama&quot; panelinde taramalarının sayısını iki katına ve tekrar 2.11 ile 2.1.3 adımları. </li></ol> 3. Örnek hazırlayın Dikkat: Koruyucu gözlük takın. Not: Tamamen her zaman çözücü içinde batık aerojeli tutun. Bir fotoğraf ve şematik için Şekil 2&#39;ye bakınız. <ol><li> 5 mm bir yüksekliğe kadar etanol (PA) 10 cm çapmda bir Petri tabağına doldurun. </li><li> Petri kabı içine aerojeli koyun ve uzunluğu 1 cm ila 5 mm olan silindirik bir parça kesilir. </li><li> aerojel silindir yaklaşık 1 cm daha uzun olan ısı shrink boru parçası hazırlayın. </li><li> 4 cm uzunluğunda iki adet oluşturmak için 2 mm iç çaplı bir örnek tüp kırmak için bir cam tüp kesici kullanın. Her iki parça da, iki açık ucu olmalıdır. <br/&gt; Dikkat: ısı tabancası çalıştırırken koruyucu gözlük ve uygun eldiven giyin. deri ya da giysilerle doğru hava akışını yönlendirmek ve yanıcı maddelerden uzak tutun bırakmayın. </li><li> Isı küçültmek hortumun bir ucunu 5 mm derinliğinde örnek tüpü parçalarından birini yerleştirin. dikkatle boru kalanını küçülen olmadan ısı shrink boru bu ucunu ısıtmak için bir ısı tabancası kullanın. ısı shrink boru şimdi cam tüp sabit olmalıdır. <ol><li> aerojelin Petri kabındaki cam tüp ve ısı shrink boru bu kombinasyon daldırın. Dikkatle ısı shrink boru açık ucuna doğru adım 3.2 aerojel parça itin. </li></ol></li><li> 7 sm bir yüksekliğe kadar etanol (PA) içeren bir test tüpü doldurmak. test tüpüne Petri kabı örnek aktarın. Bunu yaparken, ısı shrink boru açık ucunun üstüne odaklı olduğundan emin olun. aerojel tamamen etanol içinde batık olduğundan emin olun. </li><li> ikinci 4 cm uzunluğunda bir parça eklemekIsı shrink boru açık ucuna doğru adım 3.4 örnek tüpü. kuvvet uygulamayın, yerçekimi aerojel ve örnek tüpü parçaları arasındaki boşlukları kapatmak için yeterli olmalıdır. Bir behere numune test tüpü koyun. </li><li> en az 500 ml etanol ile bir düdüklü tencere doldurun ve bir karıştırma çubuğu ilave edin. </li><li> düdüklü tencere içinde bir saç ayağı üzerinde örnek içeren beher koyun. Dikkat: davlumbaz altında bir sonraki adımı gerçekleştirin ve koruyucu gözlük giymeye devam. </li><li> Cook ve bir manyetik karıştırıcı üzerine ortam basıncının üzerinde 1 barlık basınç ayarında örnekleri karıştırın. sıcaklığın en az 90 ° C ulaşmalıdır. en kısa sürede basınç ulaştı ve basınç valfi bültenleri etanol buharı olarak soğumaya bırakın. ısı shrink boru küçültmek olmadıysa, bu adımı tekrarlayın. Not: Hemen mühür vanaları üzerinde etanol etkisini en aza indirmek için su ile düdüklü tencereyi temizleyin. Bu noktada, hazırlanan numune seve etanol saklanabilirral ay. </li></ol> 4. Spektrometresi hazırlayın <ol><li> apsis 2 olarak bir 2d apsis 1 olarak manyetik alanını kullanarak deney, zaman oluşturma ve manyetik alan süpürme her zaman adımı için kaydedilir, böylece ordinat olarak sinyal yoğunluğu. degrade bobin kontrollerini etkinleştirin. </li><li> sıfıra ölçümler arasındaki süreyi ayarlamanızı sağlar. 20 saat / süpürme zamanı bölüm 2. Set zaman ekseni için noktalarının sayısını tespit edilen diğer parametreleri ayarlayın. Her dilim taramadan sonra bir ince ayar yapmak için mikrodalga köprü ayarlayın. </li><li> ayarlamak için boş rezonatör için spektrometre Bölüm 1.7&#39;de adımları izleyin. </li></ol> 5. Ölçüm Numune Hazırlama Not: Bu protokolün sadece zaman kritik adım spektrometresinde veri toplama işleminin başlamasından kadar spin etiket ilavesiyle difüzyon işlemi başlangıcından olan 6.2 ile 5.3 bulunmaktadır. tanıtan olmadan bu adımları uygulayınherhangi bir gecikme. <ol><li> alt üzerinden akan etanol çözeltisi tutmak için bölüm 3 numunenin üzerine bir parmak koyun. Daha sonra, alt örnek tüp alt 5 mm bir miktar etanol çıkarmak ve tüp sızdırmazlık bileşiği ile bu ucunu kapatmak için bir şırınga kullanın. sızdırmazlık bileşik yukarıdaki yüksekliği 2 mm bir hava kabarcığı olmadığından emin olun. </li><li> Sadece Pasteur kılcal pipet kullanarak aerojel üzerinde 3 mm hariç aerojel Yukarıdaki örnek tüpünden tüm etanol çıkarın. </li><li> aerojelin üzerine etanol içinde spin etiket çözeltisinin 20 ul enjekte edilir. aerojel üstünde bir hava kabarcığı oluşturmaz emin olun. difüzyon sürecinin başlangıcı olarak şimdiki zaman işaretleyin. </li><li> 4mm &#39;lik iç çapa sahip bir tüpte örnek yerleştirin. örnek ortalamak için PTFE bant kullanın. </li><li> aerojel üst kenarından 68 mm pozisyonunda dış örnek tüp işaretlemek için bir keçe uçlu kalem kullanın. Bu doğru rezonatör numune merkezleme yardımcı olur ve c koyarrezonatörün aerojel üst kenarının altına 1 mm girin. </li></ol> 6. Difüzyon Deney gerçekleştirin <ol><li> rezonatör ve melodi spektrometre kullanma kılavuzunda açıklandığı gibi kritik bağlantı için spektrometresi PTFE sahibinin üst 5.5 Uyum Gösterir gelen işaretleme böylece rezonatör numuneyi yerleştirin. </li><li> degrade bobinleri hala kapalı iken 1.7.3 de açıklandığı gibi alıcı kazancı ayarlamak için Kur Tarama modunu kullanın. </li><li> şimdiki zaman bir yere yazın bölüm 4&#39;de kurulmuştur denemeyi başlatın. Ya kaydedilen sinyal 4 saat veya daha fazla boyunca değişmez zaman denemeyi bitirmek ya da durdurmak için bir deney için 20 saat bekleyin. sonucu kaydedin. </li></ol> 7. Veri Analizi için Gerekli Ek Deneyler gerçekleştirin Not: doğrudan difüzyon deneyden sonra ve mo olmadan aynı numune ile 7.1 ve 7.2 deneyler Davranışörnek Ving. <ol><li> Dekonvolüsyon için Nokta Yayılım Fonksiyonu kaydedin <ol><li> Adım 1.7.2 den &quot;alan süpürme&quot; deney geçin. 6. adımda deneyden tüm ayarları kopyalayın. </li><li> spektrumunu kaydetme ve sinyal gürültü oranını ölçer. daha az 20 ise: 1, taramaların sayısını artırmak ve bu adımı tekrarlayın. Aksi takdirde spektrum kaydedin. </li></ol></li><li> 2d Görüntüleme Experiment gerçekleştirin <ol><li> apsis 1 olarak manyetik alan ile spektrometresi üzerinde yeni bir deneme, apsis 2 olarak manyetik alan degrade açısını ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu oluşturun. Statik manyetik alan B 0 yönünde ve örnek ekseni dahil uçağı YZ düzleminde, Görüntüleme uçağı ayarlayın 6. adımdan parametreleri kopyalayın. </li><li> N N = FOV / istediğiniz piksel boyutuna veya daha yüksek eğim yönü açıları sayısını ayarlayın. </li><li> ölçümü başlatın ve sonucu kaydedin. </li><li> Tekrarlama inci7.1 e adımları ve sonucu kaydedin. </li></ol></li><li> Rezonatörü Hassasiyet Profili ölçün <ol><li> adımları 1.5 ile 1.1 yineleyerek çözelti içinde spin sondası başka örnek hazırlayın, ama bu sefer 2 cm yerine kılcal içine çözeltinin 4 cm ekleyin. </li><li> Örnek ekseni yönünde, bir manyetik alan gradyanı ile numunenin spektrumu kaydetmek için Bölüm 2&#39;de adımları. Adım 2.3, 3 cm bir görüş alanı kullanabilirsiniz. sonucu kaydedin. </li><li> manyetik alan degrade yokluğunda ölçümü tekrarlayın ve sonucu kaydedin. </li></ol></li></ol> 8. Veri Analizi <ol><li> 2d Görüntüleme Deneyi yeniden <ol><li> spektrometre yazılımının birincil viewport içine 7.2.3 den 2d görüntüleme deneyi yükleyin. </li><li> spektrometre yazılımının ikincil viewport içine 7.2.4&#39;te denemeyi yükleyin. </li><li> Tüm ve tıklatın: İşleme git&gt; Dönüşümler&gt; Evrişim, Dilim seçinBir dekonvulasyon gerçekleştirmek için de geçerlidir. </li><li> diske deconvolved verileri kaydetmek. </li><li> Aşağıdaki komutu serbestçe kullanılabilir görüntü rekonstrüksiyon yazılımını 20 kullanın: yeniden --input result_from_8_1_4.DSC --output reconstructed_image.DSC --steps 100 --size 256 </li><li> sonra başvurmak üzere spektrometre yazılımı içine 8.1.5 sonucunu yükleyin. </li></ol></li><li> Kaydedilen Difüzyon Deney analiz <ol><li> Veri analiz yazılımı başlatın ve Şekil 3&#39;te gösterilen yazılımın &quot;Load&quot; sekmesine gidin. &quot;Difüzyon deneyi&quot; altında adım 6.3 difüzyon deneyi yükleyin. &quot;/ Degrade o w difüzyon deney&quot; altında adım 7.1.2 karşılık gelen nokta dağılım fonksiyonu yükleyin. &quot;Rezonatör profili deney&quot; ve &quot;/ degrade o w rezonatör profili exp&quot; altında adım 7.3.3 den sonucu altında adım 7.3.2 sonucunu yükleyin. </li><li> Şekil 4&#39;te gösterilen rezonatör duyarlılık sekmesine gidin </strong&gt; nokta dağılım fonksiyonu olarak 7.3.3 kullanarak deney 7.3.2 verilerin bir dekonvulasyon gerçekleştirmek için. Gürültü sadece kaybolana kadar sonuç gürültülü kadar gürültü güç değerini azaltmak, sonra kaldırın. </li><li> Nokta dağılım fonksiyonu olarak 7,1 ila deney kullanılarak 6.2 kaydedilen her alan taraması deconvolve için Şekil 5&#39;te gösterilen 1d spin yoğunluğu profil sekmesine gidin. Gürültü sadece kaybolana kadar sonuç gürültülü kadar gürültü güç değerini azaltmak, sonra kaldırın. </li><li> . Şekil 6&#39;da gösterilen kırpma alanı sekmesine geçin aerojel ve nerede spin sondası o bölgede ilk kez adımında yukarıdan girmek sadece yaklaşık içini tamamen yalan difüzyon ısı haritanın bir alan seçin. Şüpheniz varsa, aerojel tam konumunu belirlemenize yardımcı olmak için spektrometre yazılımı 8.1.6 den yeniden resim yüklemek. </li><li> Numunenin aşağı yönde adım 8.2 den alanını artırmak, böylece sıkma yok probE Deney süresi içinde alanın alt sınırını ulaşır. Referans için bakınız Şekil 6. </li><li> Şekil 7 ve basın uyum gösterilen akını sekmesine geçin. sol panel pozisyonu ekseni boyunca 8.2.5 den kırpılan bölgenin ayrılmaz gösterir. </li><li> orta panelde gösterilen eğri sıfırdan başlar ve hemen yükselmeye başlar doğrulayın. Bu durum söz konusu değilse, 8.2.5 geri dönün. </li><li> orta panelde gösterilen kırmızı çizgi siyah veri noktaları takip emin olun. </li></ol></li><li> Zaman içinde 1d Spin Konsantrasyon taklit ve Difüzyon Katsayısı Fit <ol><li> difüzyon katsayısı sekmesine basın ve uyum geçin. </li><li> Hesaplamanın sonuçlarını beklemek. </li><li> Solda gösterilen deneysel veriler sağda gösterilen sayısal verileri eşleştiğini doğrulayın. </li><li> Makroskopik öteleme difüzyon katsayısı D makro değerini displa OkuyunEkranda mega-. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Sch&#252;th, F., Sing, K. S. W., Weitkamp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Porous Solids. , (2002).</li><li>Hoffmann, F., Cornelius, M., Morell, J., Fr&#246;ba, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silica-Based+Mesoporous+Organic-Inorganic+Hybrid+Materials.">Silica-Based Mesoporous Organic-Inorganic Hybrid Materials.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 45 (20), 3216-3251 (2006).</li><li>Sanchez, C., Boissi&#232;re, C., Grosso, D., Laberty, C., Nicole, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+Synthesis,+and+Properties+of+Inorganic+and+Hybrid+Thin+Films+Having+Periodically+Organized+Nanoporosity.">Design, Synthesis, and Properties of Inorganic and Hybrid Thin Films Having Periodically Organized Nanoporosity.</a> Chem. of Mat. 20 (3), 682-737 (2008).</li><li>Le Bihan, D., Johansen-Berg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+MRI+at+25:+Exploring+brain+tissue+structure+and+function.">Diffusion MRI at 25: Exploring brain tissue structure and function.</a> NeuroImage. 61 (2), 324-341 (2012).</li><li>Pregosin, P. S., Kumar, P. G. A., Fern&#225;ndez, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+Gradient+Spin&#8722;Echo+(PGSE)+Diffusion+and+1H,19F+Heteronuclear+Overhauser+Spectroscopy+(HOESY)+NMR+Methods+in+Inorganic+and+Organometallic+Chemistry:+Something+Old+and+Something+New.">Pulsed Gradient Spin&#8722;Echo (PGSE) Diffusion and 1H,19F Heteronuclear Overhauser Spectroscopy (HOESY) NMR Methods in Inorganic and Organometallic Chemistry: Something Old and Something New.</a> Chem. Rev. 105 (8), 2977-2998 (2005).</li><li>Talmon, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+diffusion+in+porous+media+by+PGS+ESR.">Molecular diffusion in porous media by PGS ESR.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (23), 5998-6007 (2010).</li><li>Okazaki, M., Seelan, S., Toriyama, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Condensation+process+of+alcohol+molecules+on+mesoporous+silica+MCM-41+and+SBA-15+and+fumed+silica:+a+spin-probe+ESR+study.">Condensation process of alcohol molecules on mesoporous silica MCM-41 and SBA-15 and fumed silica: a spin-probe ESR study.</a> Appl. Magn. Reson. 35 (3), 363-378 (2009).</li><li>Wessig, M., Spitzbarth, M., Drescher, M., Winter, R., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+scale+investigation+of+molecular+diffusion+inside+functionalized+porous+hosts+using+a+combination+of+magnetic+resonance+methods.">Multiple scale investigation of molecular diffusion inside functionalized porous hosts using a combination of magnetic resonance methods.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (24), 15976-15988 (2015).</li><li>Yakimchenko, O. E., Degtyarev, E. N., Parmon, V. N., Lebedev, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+in+Porous+Catalyst+Grains+as+Studied+by+EPR+Imaging.">Diffusion in Porous Catalyst Grains as Studied by EPR Imaging.</a> J. Phys. Chem. 99 (7), 2038-2041 (1995).</li><li>Cleary, D. A., Shin, Y. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+determination+of+translational+diffusion+coefficients+using+ESR+imaging.">Rapid determination of translational diffusion coefficients using ESR imaging.</a> J. Magn. Reson. 79 (3), 474-492 (1988).</li><li>Hornak, J. P., Moscicki, J. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+coefficients+in+anisotropic+fluids+by+ESR+imaging+of+concentration+profiles.">Diffusion coefficients in anisotropic fluids by ESR imaging of concentration profiles.</a> J. Chem. Phys. 84 (6), 3387-3395 (1986).</li><li>Berliner, L. J., Fujii, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EPR+imaging+of+diffusional+processes+in+biologically+relevant+polymers.">EPR imaging of diffusional processes in biologically relevant polymers.</a> J. Magn. Reson. 69 (1), 68-72 (1986).</li><li>Degtyarev, Y. N., Schlick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+Coefficients+of+Small+Molecules+as+Guests+in+Various+Phases+of+Pluronic+L64+Measured+by+One-Dimensional+Electron+Spin+Resonance+Imaging.">Diffusion Coefficients of Small Molecules as Guests in Various Phases of Pluronic L64 Measured by One-Dimensional Electron Spin Resonance Imaging.</a> Langmuir. 15 (15), 5040-5047 (1999).</li><li>Marek, A., Labsk&#253;, J., Ko&#328;&#225;k, &. #. 2. 6. 8. ;., Pila&#345;, J., Schlick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Translational+Diffusion+of+Paramagnetic+Tracers+in+HEMA+Gels+and+in+Concentrated+Solutions+of+PolyHEMA+by+1D+Electron+Spin+Resonance+Imaging.">Translational Diffusion of Paramagnetic Tracers in HEMA Gels and in Concentrated Solutions of PolyHEMA by 1D Electron Spin Resonance Imaging.</a> Macromolecules. 35 (14), 5517-5528 (2002).</li><li>Shin, Y. K., Ewert, U., Budil, D. E., Freed, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscopic+versus+macroscopic+diffusion+in+model+membranes+by+electron+spin+resonance+spectral-spatial+imaging.">Microscopic versus macroscopic diffusion in model membranes by electron spin resonance spectral-spatial imaging.</a> Biophys. J. 59 (4), 950-957 (1991).</li><li>Spitzbarth, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Monitoring+of+Macroscopic+and+Microscopic+Diffusion+of+Guest+Molecules+in+Silica+and+Organosilica+Aerogels+by+Spatially+and+Time-Resolved+Electron+Paramagnetic+Resonance+Spectroscopy.">Simultaneous Monitoring of Macroscopic and Microscopic Diffusion of Guest Molecules in Silica and Organosilica Aerogels by Spatially and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy.</a> J. Phys. Chem. C. 119 (30), 17474-17479 (2015).</li><li>Kruczala, K., Schlick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+Diffusion+Coefficients+of+Nitroxide+Radicals+in+Heterophasic+Propylene&#8722;Ethylene+Copolymers+by+Electron+Spin+Resonance+Imaging.">Measuring Diffusion Coefficients of Nitroxide Radicals in Heterophasic Propylene&#8722;Ethylene Copolymers by Electron Spin Resonance Imaging.</a> Macromolecules. 44 (2), 325-333 (2011).</li><li>Wessig, M., Drescher, M., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+Functional+Group+Specific+Surface+Interactions+in+Porous+Solids+Using+ESR+Spectroscopy+as+a+Sensitive+and+Quantitative+Tool.">Probing Functional Group Specific Surface Interactions in Porous Solids Using ESR Spectroscopy as a Sensitive and Quantitative Tool.</a> The J. Phys. Chem. C. 117 (6), 2805-2816 (2013).</li><li>Kuschel, A., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organosilica+Materials+with+Bridging+Phenyl+Derivatives+Incorporated+into+the+Surfaces+of+Mesoporous+Solids.">Organosilica Materials with Bridging Phenyl Derivatives Incorporated into the Surfaces of Mesoporous Solids.</a> Adv. Funct. Mater. 18 (8), 1272-1280 (2008).</li><li>Spitzbarth, M., Drescher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+iterative+reconstruction+technique+software+for+spectral-spatial+EPR+imaging.">Simultaneous iterative reconstruction technique software for spectral-spatial EPR imaging.</a> J. Magn. Reson. 257, 79-88 (2015).</li><li>Stoll, S., Schweiger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EasySpin,+a+comprehensive+software+package+for+spectral+simulation+and+analysis+in+EPR.">EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR.</a> J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).</li></ol>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

protokol paramanyetik konuk moleküllerin difüzyon izlenmesine olanak sağlar. o 2d veya 3d görüntüleme ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir zaman çözünürlüğü için izin verir, çünkü bir 1d görüntüleme yaklaşımı seçilmiştir. Elde edilen 1d görüntü yoğunluğu konsantrasyonuna bağlı değil, aynı zamanda örnek enine kesit alanının de bağlıdır, çünkü 1d yaklaşım, numunenin sabit bir enine kesit alanı gerektirir. Yöntem ayrıca numune içindeki spin sondası EPR spektras...

Gözenekli malzemeler gibi kataliz ve kromatografi 1 olarak pratik uygulamalarda önemli bir rol oynamaktadır. Gözenek boyutu ve yüzey özelliklerini yüzey grupları ekleme ve ayarlayarak, malzemeler istenen uygulama 2,3 için uygun olabilir. gözenekli malzemenin işlevi önemlisi, gözenekler içine konuk moleküllerin difüzyon özelliklerine bağlıdır. Gözenekli malzemelerde, bir ayrım bir yandan moleküler uzunluk ölçeği ve makroskopik translasyonel difüzyon sabiti D makro difüzyon açıklanır mikroskobik öteleme difüzyon sabiti D mikro arasında yapılmalıdır Birden fazla gözenek, tane sınırları, eğrilik ve malzeme homojen aracılığıyla difüzyon tarafından etkilenir Diğer yandan,. bir parça için uygun olan her bir difüzyon çalışması için kullanılabilir çeşitli manyetik rezonans yöntemleri vardıricular uzunluk ölçeği. Milimetre ölçekte, nükleer manyetik rezonans (NMR) görüntüleme 4 ve elektron para-manyetik rezonanstır (EPR) görüntüleme (Bu protokol sunulan gibi) kullanılabilir. Daha küçük ölçekler darbeli NMR alan geçişlerini yanı sıra EPR deneyleri 5,6 kullanımı ile ulaşılabilir hale gelir. Nanometre ölçeğinde, EPR spektroskopisi spin sondası 7,8 arasında Heisenberg değişim etkileşim değişiklikleri gözlemleyerek kullanılabilir. 14 ve model membranlar 15 - örneğin sanayi katalizör destekler gelen EPR görüntüleme aralığını kullanarak öteleme difüzyon, alüminyum oksit 9 Çalışmaları polimer jeller 12 yapılmış sıvıları 10,11, ilaç salım sistemlerini anizotropik için. Bu protokol, silindirik spin sondası makroskopik geçiş yayılma, gözenekli ortam izlemek için EPR görüntüleme kullanarak in situ bir yaklaşım bir sunulur. Bu inci oluşan bir konak-konuk sistemi için gösterilmiştire nitroksit spin sondası 3- (2-Iodoacetamido) periyodik olarak gözenekli organosilica içinde bir konuk olarak -2,2,5,5-tetrametil-1-pirolidiniloksi (IPSL) (PMO) aerojel UKON1-jel, bir ana ve etanol gibi solvent. Bu protokol başarıyla D makro karşılaştırmak için daha önce 16 kullanılmıştır ve sahibi malzeme, UKON1-jel ve silis jel konuk türleri IPSL ve tris (8-karboksi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo [1,2-d D mikro EPR ​​görüntüleme belirlenen 4,5-D &#39;] bis (1,3) ditiol) metil (tritil), Şekil 1&#39; e bakınız. Sürekli dalga (CW) EPR görüntüleme 17 dayalı diğer yöntemlerde, difüzyon spektrometresi dışında gerçekleşir. Buna karşılık, burada sunulan yöntem in situ yaklaşımında bir kullanır. 1d spin yoğunluğu dağılımı ρ 1d anlık bir dizi (t, γ) &#39;dirbirkaç saatlik bir süre boyunca kaydedildi. Bu süre boyunca, tek bir anlık arda alındı ​​ve yaklaşık 5 dakikalık bir zaman çözünürlüğü ile gerçek zamanlı difüzyon deseni arttırır. UKON1-jel ve silis jel literatürde tarif edildiği gibi. 3 mm&#39;lik bir iç çapa sahip numune tüpleri sentezlenen 16,18,19 UKON1-jel ve silis jel sentezi örnek bir daralma neden edilmiştir. Örnekler aerojel ve örnek tüpün duvarı arasında hareket konuk moleküllerin önlemek için bir ısı ile şrinklenen bir tüp içine yerleştirilir. Bu ilave adım, boyutunu değiştirmeden tüpte doğrudan sentezlenebilir örnekler için gerekli değildir. kurumasını, bu yüzden her zaman solvent içinde daldırılmış olmalıdır aerojel örnekleri çöküşü. Isı Büzülme boru için gerekli olan bir sıcaklık, ortam basıncında etanol içinde kaynama noktasından daha yüksektir. Bu nedenle protokol yükseltmek için bir düdüklü tencere kullanımı anlatılmaktadıretanol kaynama noktası. protokol EPR görüntüleme deney ve IPSL spin sondası difüzyon izlemek için kullanılan spektrometre ayarları için önceden sentezlenmiş UKON1-GEL numune hazırlama kapsar. Veri analizi için, yerel olarak yazılmış bir yazılım sağlanmaktadır ve kullanımı tarif edilmektedir. spektrometre elde edilen ham veriler doğrudan yüklenebilir. Yazılım mekansal 1d spin yoğunluğu dağılımı ρ 1d (t, γ) hesaplar ve hesaba rezonatör duyarlılık profili alır. Kullanıcı difüzyon sabiti belirlenecek olan üzerinde aerojel ve zaman penceresi, bir bölgeyi seçebilirsiniz. Yazılım o seçime dayalı difüzyon denkleminin sınır koşulları belirler ve difüzyon denklemini çözer. Bu sayısal çözüm en iyi deneysel verileri eşleşen D makro değerini bulmak için en küçük kareler uydurma destekler. ρ 1d, farklı konuk ve ev sahibi malzemeler için ayarlamalar ile kullanılabilir (t, γ) doğrudan erişim sağlayan konsantrasyonu ve örnek kesitli bir değişiklik ile etkilenmez. D makro için erişilebilir değerler aralığı 16 / sn 2 m -9 10 · / sn 2 m -12 10 ile 7 arasında olduğu tahmin edilmektedir.

<table><tbody><tr><td>X-Band spectrometer</td><td>Bruker</td><td>E580</td><td></td></tr><tr><td>Spectrometer software</td><td>Bruker</td><td>Xepr 2.6b.108</td><td></td></tr><tr><td>gradient coil system</td><td>Bruker</td><td>E540 GCX2</td><td></td></tr><tr><td>imaging resonator</td><td>Bruker</td><td>TMHS 1007</td><td></td></tr><tr><td>micro-classic pipette controller</td><td>Brand</td><td>25900</td><td></td></tr><tr><td>microcapillary ringcaps 50&amp;nbsp;&amp;micro;l</td><td>Hirschmann</td><td>9600150</td><td>inner diameter 0.5 mm</td></tr><tr><td>EPR sample tube 2 mm inner diameter</td><td>Bruker</td><td>ER 221TUB/2</td><td></td></tr><tr><td>EPR sample tube 4 mm inner diameter</td><td>Bruker</td><td>ER 221TUB/4</td><td></td></tr><tr><td>heat-shrink tubing DERAY-IB</td><td>DSG-Canusa</td><td>2210048952</td><td>4.8 mm/2.4 mm, 2:1, 95&amp;nbsp;&amp;deg;C - 200&amp;nbsp;&amp;deg;C</td></tr><tr><td>heat gun</td><td>Bosch</td><td>PHG 600-3</td><td></td></tr><tr><td>PTFE&amp;nbsp; band</td><td>VWR</td><td>332362S</td><td>width 12 mm</td></tr><tr><td>test tube</td><td></td><td></td><td>length 16 cm, diameter 1.5 cm</td></tr><tr><td>beaker</td><td></td><td></td><td>250 ml, height 9 cm, diameter 7 cm</td></tr><tr><td>capillary tube sealing</td><td>Fisher Scientific</td><td>02-678</td><td></td></tr><tr><td>pressure cooker, 3 L with trivet</td><td>Beem</td><td>Vital-X-Press V2, F1000675</td><td></td></tr><tr><td>magnetic stirrer with heating element</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ethanol (p.a.)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ethanol (techn.)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>syringe</td><td>Hamilton</td><td>1705</td><td>0.05 ml, custom length: 20 cm</td></tr><tr><td>Pasteur capillary pipette</td><td></td><td></td><td>length 23 cm</td></tr><tr><td>data analysis software</td><td>homemade</td><td></td><td>Available for download at http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Requires Matlab.</td></tr><tr><td>UKON1-GEL</td><td>kindly provided by Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig and Andreas Schachtschneider&amp;nbsp;</td><td></td><td>See references 16, 18, 19 for the synthesis</td></tr></tbody></table>

in situ monitoring of diffusion of guest molecules in porous media using electron paramagnetic resonance imaging

A method is demonstrated to monitor macroscopic translational diffusion using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging. A host-guest system with nitroxide spin probe 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) as a guest inside the periodic mesoporous organosilica (PMO) aerogel UKON1-GEL as a host and ethanol as a solvent is used as an example to describe the protocol. Data is shown from a previous publication, where the protocol has been applied to both IPSL and Tris(8-carboxy-2,2,6,6-perdeutero-tetramethyl-benzo[1,2-d:4,5-d&#8242;]bis(1,3)dithiole) methyl (Trityl) as guest molecules and UKON1-GEL and SILICA-GEL as host systems. 
A method is shown to prepare aerogel samples that cannot be synthesized directly in the sample tube for measurement due to a size change during synthesis. The aerogel is attached to sample tubes using heat shrink tubing and a pressure cooker to reach the necessary temperature without evaporating the solvent in the process. The method does not assume a clearly defined initial distribution of guest molecules at the start of the measurement. Instead, it requires a reservoir on top of the aerogel and experimentally determines the influx rate during data analysis.
The diffusion is monitored continually over a period of 20 hr by recording the 1d spin density profile within the sample. The spectrometer settings for the imaging experiment are described quantitatively. Data analysis software is provided to take the resonator sensitivity profile into account and to numerically solve the diffusion equation. The software determines the macroscopic translational diffusion coefficient by least square minimization of the difference between the experiment and the numerical solution of the diffusion equation.

Küçülen tüp içinde bir aerojel bir fotoğraf ve şematik Şekil 2a ve 2b gösterilmiştir. Şekil 2c 2d EPR görüntü açıkça aerojel üst kenarını gösterir. Spin sondası konsantrasyonu aerojeli olan gibi en azından yüksek olmasına rağmen aerojel Yukarıdaki örnek boru içine ρ 1d yoğunluğu daha düşüktür. Bununla birlikte, resim düzlemine dik örnek derinliği örnek tüpünün daha küçük i...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging at JoVE.com

In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging

A protocol for the in situ monitoring of the diffusion of guest molecules in porous media using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging is presented.

Elektron Paramanyetik Rezonans Görüntüleme kullanma Gözenekli Ortamda Misafir Moleküllerin Difüzyon Yerinde İzleme

A method is demonstrated to monitor macroscopic translational diffusion using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging. A host-guest system with ...

in-situ-monitoring-diffusion-guest-molecules-porous-media-using

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging

6.3K Görüntüleme.  Universität Konstanz. A protocol for the in situ monitoring of the diffusion of guest molecules in porous media using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging is presented.

Video: In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Teşhis ve Tedavi İzleme Nanomalzemelerin Kayıtlı bio

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Biyomühendislik

Exploring the Radical Nature of a Carbon Surface by Electron Paramagnetic Resonance and a Calibrated Gas Flow

While the first Electron Paramagnetic Resonance (EPR) studies regarding the effects of oxidation on the structure and stability of carbon radicals date back to the early 1980s the focus of these early papers primarily characterized the changes to the structures under extremely harsh conditions (pH or temperature)1-3. It is also known that paramagnetic molecular oxygen undergoes a Heisenberg spin exchange interaction with stable radicals that extremely broadens the EPR signal4-6. Recently, we reported interesting results where this interaction of molecular oxygen with a certain part of the existing stable radical structure can be reversibly affected simply by flowing a diamagnetic gas through the carbon samples at STP7. As flows of He, CO2, and N2 had a similar effect these interactions occur at the surface area of the macropore system.
This manuscript highlights the experimental techniques, work-up, and analysis towards affecting the existing stable radical nature in the carbon structures. It is hoped that it will help towards further development and understanding of these interactions in the community at large.

Stable radicals that are present in carbon substrates interact with paramagnetic oxygen through a Heisenberg spin exchange. This interaction can be significantly reduced under STP conditions by flowing a diamagnetic gas over the carbon system. This manuscript describes a simple method to characterize the nature of those radicals.

Seyitömer ve Kalibre Gaz Akışının Karbon Yüzey Radikal Doğa keşfetmek

While the first Electron Paramagnetic Resonance (EPR) studies regarding the effects of oxidation on the structure and stability of carbon radicals date ...

Kimya

In Vivo EPR Assessment of pH, pO2, Redox Status, and Concentrations of Phosphate and Glutathione in the Tumor Microenvironment

This protocol demonstrates the capability of low-field electron paramagnetic resonance (EPR)-based techniques in combination with functional paramagnetic probes to provide quantitative information on the chemical tumor microenvironment (TME), including pO2, pH, redox status, concentrations of interstitial inorganic phosphate (Pi), and intracellular glutathione (GSH). In particular, an application of a recently developed soluble multifunctional trityl probe provides unsurpassed opportunity for in vivo concurrent measurements of pH, pO2 and Pi in Extracellular space (HOPE probe). The measurements of three parameters using a single probe allow for their correlation analyses independent of probe distribution and time of the measurements.

In Vivo EPR Assessment of pH, pO2, Redox Status, and Concentrations of Phosphate and Glutathione in the Tumor Microenvironment

Low-field (L-band, 1.2 GHz) electron paramagnetic resonance using soluble nitroxyl and trityl probes is demonstrated for assessment of physiologically important parameters in the tumor microenvironment in mouse models of breast cancer.

Vivo EPR pH, pO2, Redox durumu ve fosfat konsantrasyonları ve glutatyon tümör Microenvironment olarak değerlendirilmesi

This protocol demonstrates the capability of low-field electron paramagnetic resonance (EPR)-based techniques in combination with functional paramagnetic ...

Kanser Araştırmaları

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Mühendislik

From Fast Fluorescence Imaging to Molecular Diffusion Law on Live Cell Membranes in a Commercial Microscope

It has become increasingly evident that the spatial distribution and the motion of membrane components like lipids and proteins are key factors in the regulation of many cellular functions. However, due to the fast dynamics and the tiny structures involved, a very high spatio-temporal resolution is required to catch the real behavior of molecules. Here we present the experimental protocol for studying the dynamics of fluorescently-labeled plasma-membrane proteins and lipids in live cells with high spatiotemporal resolution. Notably, this approach doesn&#8217;t need to track each molecule, but it calculates population behavior using all molecules in a given region of the membrane. The starting point is a fast imaging of a given region on the membrane. Afterwards, a complete spatio-temporal autocorrelation function is calculated correlating acquired images at increasing time delays, for example each 2, 3, n repetitions. It is possible to demonstrate that the width of the peak of the spatial autocorrelation function increases at increasing time delay as a function of particle movement due to diffusion. Therefore, fitting of the series of autocorrelation functions enables to extract the actual protein mean square displacement from imaging (iMSD), here presented in the form of apparent diffusivity vs average displacement. This yields a quantitative view of the average dynamics of single molecules with nanometer accuracy. By using a GFP-tagged variant of the Transferrin Receptor (TfR) and an ATTO488 labeled 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (PPE) it is possible to observe the spatiotemporal regulation of protein and lipid diffusion on &#181;m-sized membrane regions in the micro-to-milli-second time range.

Spatial distribution and temporal dynamics of plasma membrane proteins and lipids is a hot topic in biology. Here this issue is addressed by a spatio-temporal image fluctuation analysis that provides conceptually the same physical quantities of single particle tracking, but it uses small molecular labels and standard microscopy setups.

Ticari Mikroskop Canlı Hücre Zarları Moleküler Difüzyon Kanunu Hızlı Floresans Görüntüleme Gönderen

It has become increasingly evident that the spatial distribution and the motion of membrane components like lipids and proteins are key factors in the ...

In situ FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework

In situ infrared spectroscopy is an inexpensive, highly sensitive, and selective valuable tool to investigate the interaction of polycrystalline solids with adsorbates. Vibrational spectra provide information on the chemical nature of adsorbed species and their structure. Thus, they are very useful for obtaining molecular level understanding of surface species. The IR spectrum of the sample itself gives some direct information about the material. General conclusions can be drawn concerning hydroxyl groups, some stable surface species and impurities. However, the spectrum of the sample is &#34;blind&#34; with respect to the presence of coordinatively unsaturated ions and gives rather poor information about the acidity of surface hydroxyls, species decisive for the adsorption and catalytic properties of the materials. Furthermore, no discrimination between bulk and surface species can be made. These problems are solved by the use of probe molecules, substances that interact specifically with the surface; the alteration of some spectral features of these molecules as a result of adsorption provides valuable information about the nature, properties, location, concentration, etc., of the surface sites.
The experimental protocol for in-situ IR studies of gas/sample interaction includes preparation of a sample pellet, activation of the material, initial spectral characterization through the analysis of the background spectra, characterization by probe molecules, and study of the interaction with a particular set of gas mixtures. In this paper we investigate a zirconium terephthalate metal organic framework, Zr6O4(OH)4(BDC)6 (BDC = benzene-1,4-dicarboxylate), namely UiO-66 (UiO refers to University of Oslo). The acid sites of the UiO-66 sample are determined by using CO and CD3CN as molecular probes. Furthermore, we have demonstrated that CO2 is adsorbed on basic sites exposed on dehydroxylated UiO-66. Introduction of water to the system produces hydroxyl groups acting as additional CO2 adsorption sites. As a result, CO2 adsorption capacity of the sample is strongly enhanced.

In situ FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework

The use of FTIR spectroscopy for investigation of the surface properties of polycrystalline solids is described. Preparation of sample pellets, activation procedures, characterization with probe molecules and model studies of CO2 adsorption are discussed.

In situ Gaz/Katı Etkileşiminin Araştırılmasında Bir Araç Olarak FTIR Spektroskopisi: UiO-66 Metal-Organik Çerçevede Suyla Geliştirilmiş CO2 Adsorpsiyonu

In situ infrared spectroscopy is an inexpensive, highly sensitive, and selective valuable tool to investigate the interaction of polycrystalline solids ...

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan electron-paramagnetic-resonance (RS-EPR), which can provide quantitative information under in vivo conditions on oxygen concentration, pH, redox status and concentration of signaling molecules (i.e., OH&#8226;, NO&#8226;). The RS-EPR technique has a higher sensitivity, improved spatial resolution (1 mm), and shorter acquisition time in comparison to the standard continuous wave (CW) technique. A variety of phantom configurations have been tested, with spatial resolution varying from 1 to 6 mm, and spectral width of the reporter molecules ranging from 16 &#181;T (160 mG) to 5 mT (50 G). A cross-loop bimodal resonator decouples excitation and detection, reducing the noise, while the rapid scan effect allows more power to be input to the spin system before saturation, increasing the EPR signal. This leads to a substantially higher signal-to-noise ratio than in conventional CW EPR experiments.

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

A new electron paramagnetic resonance (EPR) method, rapid scan EPR (RS-EPR), is demonstrated for 2D spectral spatial imaging which is superior to the traditional continuous wave (CW) technique and opens new venues for in vivo imaging. Results are demonstrated at 250 MHz, but the technique is applicable at any frequency.

Hızlı Tarama Elektron Paramagnetik Rezonans Görüntüleme Fizyolojik Önemli Parametreler için Yeni bulvarlar açar<em&gt; İn Vivo</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at length scales down to the atomic level. In situ closed-cell gas reaction (CCGR) studies performed using (scanning) transmission electron microscopy (STEM) can separate and identify localized dynamic reactions, which are extremely challenging to capture using other characterization techniques. For these experiments, we used a CCGR holder that utilizes microelectromechanical systems (MEMS)-based heating microchips (hereafter referred to as &#34;E-chips&#34;). The experimental protocol described here details the method for performing in situ gas reactions in dry and wet gases in an aberration-corrected STEM. This method finds relevance in many different materials systems, such as catalysis and high-temperature oxidation of structural materials at atmospheric pressure and in the presence of various gases with or without water vapor. Here, several sample preparation methods are described for various material form factors. During the reaction, mass spectra obtained with a residual gas analyzer (RGA) system with and without water vapor further validates gas exposure conditions during reactions. Integrating an RGA with an in situ CCGR-STEM system can, therefore, provide critical insight to correlate gas composition with the dynamic surface evolution of materials during reactions. In situ/operando studies using this approach allow&#160;for detailed investigation of the fundamental reaction mechanisms and kinetics that occur at specific environmental conditions (time, temperature, gas, pressure), in real-time, and at high spatial resolution.

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Here, we present a protocol for performing in situ TEM closed-cell gas reaction experiments while detailing several commonly used sample preparation methods.

İletim Elektron Mikroskobunda In Situ Kapalı Hücreli Gaz Reaksiyonlarının Gerçekleştirilmesi

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at ...

Electron Spin Resonance Micro-imaging of Live Species for Oxygen Mapping

This protocol describes an electron spin resonance (ESR) micro-imaging method for three-dimensional mapping of oxygen levels in the immediate environment of live cells with micron-scale resolution1. Oxygen is one of the most important molecules in the cycle of life. It serves as the terminal electron acceptor of oxidative phosphorylation in the mitochondria and is used in the production of reactive oxygen species. Measurements of oxygen are important for the study of mitochondrial and metabolic functions, signaling pathways, effects of various stimuli, membrane permeability, and disease differentiation. Oxygen consumption is therefore an informative marker of cellular metabolism, which is broadly applicable to various biological systems from mitochondria to cells to whole organisms. Due to its importance, many methods have been developed for the measurements of oxygen in live systems. Current attempts to provide high-resolution oxygen imaging are based mainly on optical fluorescence and phosphorescence methods that fail to provide satisfactory results as they employ probes with high photo-toxicity and low oxygen sensitivity. ESR, which measures the signal from exogenous paramagnetic probes in the sample, is known to provide very accurate measurements of oxygen concentration. In a typical case, ESR measurements map the probe's lineshape broadening and/or relaxation-time shortening that are linked directly to the local oxygen concentration. (Oxygen is paramagnetic; therefore, when colliding with the exogenous paramagnetic probe, it shortness its relaxation times.) Traditionally, these types of experiments are carried out with low resolution, millimeter-scale ESR for small animals imaging. Here we show how ESR imaging can also be carried out in the micron-scale for the examination of small live samples. ESR micro-imaging is a relatively new methodology that enables the acquisition of spatially-resolved ESR signals with a resolution approaching 1 micron at room temperature2. The main aim of this protocol-paper is to show how this new method, along with newly developed oxygen-sensitive probes, can be applied to the mapping of oxygen levels in small live samples. A spatial resolution of ~30 x 30 x 100 &mu;m is demonstrated, with near-micromolar oxygen concentration sensitivity and sub-femtomole absolute oxygen sensitivity per voxel. The use of ESR micro-imaging for oxygen mapping near cells complements the currently available techniques based on micro-electrodes or fluorescence/phosphorescence. Furthermore, with the proper paramagnetic probe, it will also be readily applicable for intracellular oxygen micro-imaging, a capability which other methods find very difficult to achieve.

This protocol describes a method for micron-scale three-dimensional imaging of oxygen concentration in the immediate environment of live cells by electron spin resonance microscopy.

Elektron Spin Rezonans Oksijen Haritalama için Canlı Türlerinin Micro-görüntüleme

This protocol describes an electron spin resonance (ESR) micro-imaging method for three-dimensional mapping of oxygen levels in the immediate environment ...

Biyoloji

<meta charset="utf8"></head><body>EPRI ve Ultrason Kullanılarak Tümör Oksijen Seviyelerinin Klinik Öncesi Görüntülenmesi

Tumor Hypoxia Assessment: In Vivo 3D Oxygen Imaging Through Electron Paramagnetic Resonance

The precise and real-time measurement of oxygen partial pressure (pO2) brings valuable information in many pathologies, including cancer. Low tumor pO2 (i.e., hypoxia) is connected to tumor aggressiveness and poor response to therapy. The quantification of tumor pO2 allows the evaluation of treatment effectiveness. Electron Paramagnetic Resonance Imaging (EPRI), particularly Pulse EPRI, has emerged as an advanced three-dimensional (3D) method of assessing tissue oxygenation in vivo. This innovation was enabled by the technological developments in EPR (Electron Paramagnetic Resonance) and the application of the water-soluble oximetric spin probes from the triaryl family, offering fast and sensitive oxygenation data. The relaxation time of the spin probe (T1 and/or T2) provides accurate information about pO2 in selected voxels.
Human glioblastoma LN229 tumors were grown in the interscapular fad pad of BALB/c nude mice. Ultrasound (US) imaging was used as a reference for tumor anatomical information. To image tissue pO2, the animals were placed in a fixed position in the animal bed with fiducials, enabling registration between the imaging modalities. After the OX071 contrast agent was administered, EPRI was performed, followed by US B-mode. Because of the low spin probe toxicity, the procedure can be repeated during tumor growth or treatment. Following imaging, the registration process was carried out using software written in MATLAB. Ultimately, the hypoxic fraction can be calculated for a specific tumor, and the histogram of pO2 tissue distribution can be compared over time. EPRI combined with ultrasound is an excellent tool for oxygen mapping of tumors in the preclinical setting.

<meta charset="utf8"></head><body>Tümör Hipoksi Değerlendirmesi: Elektron Paramanyetik Rezonans ile İn Vivo 3D Oksijen Görüntüleme

Quantitative 3D oxygen maps of murine tumors were imaged noninvasively using Pulse Electron Paramagnetic Resonance. Ultrasound B-mode and Power Doppler were used for anatomy and vascular structure. Images from both modalities were superimposed enabling multi-parametric tumor analysis.

Tümör Hipoksi Değerlendirmesi: Elektron Paramanyetik Rezonans ile İn Vivo 3D Oksijen Görüntüleme 

The precise and real-time measurement of oxygen partial pressure (pO2) brings valuable information in many pathologies, including cancer. Low tumor pO2 ...

Elektron Paramanyetik Rezonans Görüntüleme kullanma Gözenekli Ortamda Misafir Moleküllerin Difüzyon Yerinde İzleme

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler